Un proyecto Fondecyt Regular adjudicado el año 2023 por la investigadora Usach Dra. Paula Zapata, y como coinvestigador el Dr. Pedro Orihuela donde desarrollaron estructuras a partir de polímeros y compuestos de origen natural para favorecer la regeneración de tejidos óseos y de la piel. Los resultados de la investigación, que incluyeron pruebas preliminares en animales en colaboración con la Universidad Autónoma de México, abrieron nuevas posibilidades para el diseño de materiales mediante impresión 3D.
Compuestos principalmente por minerales como el calcio y el fósforo, junto con proteínas que les proporcionan flexibilidad y resistencia, los huesos son estructuras vivas que, además de sostener el cuerpo humano y proteger sus órganos, poseen la capacidad de renovarse y reparar sus propios daños mediante una constante actividad celular.
Cuando ocurre una fractura, el organismo pone en marcha un complejo proceso de reparación que comienza con la formación de un coágulo en la zona afectada, seguido por la producción de nuevo tejido que progresivamente reconstruye el hueso dañado hasta recuperar su forma y resistencia. Sin embargo, esta capacidad natural puede verse disminuida con el paso de los años, especialmente durante el envejecimiento, cuando la pérdida de densidad ósea y otros cambios propios del organismo aumentan el riesgo de fracturas y pueden dificultar su recuperación.
En Chile, el envejecimiento de la población avanza de manera sostenida, pasando de 1,3 millones de personas mayores de 60 años en 1992 a cerca de 3,7 millones en 2024, según cifras del Instituto Nacional de Estadísticas (INE). Una tendencia que se podría profundizar hacia 2050, donde se proyecta que este grupo representará el 36,5% de la población nacional.
Actualmente, más de 593 mil personas tienen 80 años o más, una etapa de la vida en que las fracturas pueden representar un riesgo especialmente grave para la salud, y que en 2026, la Revista Médica de Chile identificó una asociación entre esta edad y una mayor probabilidad de fallecimiento durante la hospitalización por fractura de cadera.
Para la Dra. Paula Zapata, investigadora Usach, la problemática es clara: el envejecimiento de la población plantea nuevos desafíos para la salud ósea, especialmente frente a las fracturas y las limitaciones de los tratamientos disponibles, “por lo que se quiere es buscar sustitutos de huesos que permitan la regeneración de estos en el tiempo”, explica.
Frente a este desafío, la Dra. Zapata lideró el proyecto Fondecyt Regular “Novel scaffolds based on biopolymer nanocomposites by electrospinning method for bone tissue engineering” el cual exploró nuevas alternativas para favorecer la regeneración ósea mediante el desarrollo de estructuras elaboradas a partir de polímeros, materiales capaces de proporcionar un soporte para que las células se adhieran, crezcan y contribuyan a la formación de nuevo tejido.
Una estructura para reconstruir huesos
Los polímeros son materiales formados por largas cadenas de moléculas que, dependiendo de su composición, pueden presentar propiedades como flexibilidad, resistencia y capacidad de degradarse con el tiempo. Presentes tanto en la naturaleza como en numerosos productos de uso cotidiano, algunos de ellos poseen características que permiten utilizarlos en aplicaciones médicas, particularmente en el desarrollo de materiales compatibles con el organismo.
En el campo de la ingeniería de tejidos, estas propiedades permiten fabricar estructuras tridimensionales conocidas como andamios o scaffolds, diseñadas para proporcionar un soporte temporal donde las células puedan adherirse, multiplicarse y contribuir a la formación de nuevo tejido, mientras el material se degrada progresivamente.
“Un andamio es una estructura tridimensional que permite imitar el entorno natural de las células. Es como un diseño arquitectónico, pero a nivel de polímeros, donde podemos crear un material con características específicas para que las células lleguen, se adhieran y comiencen a multiplicarse. En nuestro caso, buscamos la regeneración del hueso, de manera que, a medida que el material se va degradando, el tejido óseo se va formando y creciendo”, explica la Dra. Zapata.
Para desarrollar estas estructuras, la investigación combinó polímeros sintéticos como la policaprolactona, con otros de origen natural, entre ellos el almidón y el kefirán, una sustancia producida por los microorganismos presentes en los gránulos de kéfir, conocidos popularmente en Chile como “yogur de pajaritos”.
A esta combinación se incorporaron nanopartículas, algunas de las cuales pueden obtenerse a partir de las cáscaras de huevo, con el propósito de mejorar las propiedades de los andamios y proporcionarles características que favorezcan la formación de tejido óseo y ayuden a combatir la presencia de bacterias.
Para fabricar estos andamios, el equipo utilizó una técnica conocida como electrohilado, que permite transformar una mezcla de polímeros en fibras extremadamente delgadas mediante la aplicación de campo eléctrico, dando origen a estructuras diseñadas para favorecer el crecimiento celular.
“Se ponen en una jeringa y, por diferencia de potencial, se eyecta un chorro que, al colectarse, forma fibras. Estas no se pueden ver a simple vista porque lo que se obtiene es una película, pero al observarlas al microscopio podemos identificar una estructura tridimensional donde las fibras se entrelazan, formando una superficie porosa propicia para que las células se adhieran, crezcan y desarrollen sus procesos biológicos”, explica la investigadora.
Del laboratorio a nuevas posibilidades médicas
Durante los cuatro años de ejecución del proyecto Fondecyt Regular, el equipo de investigación logró desarrollar distintos tipos de andamios poliméricos destinados al estudio de la regeneración de tejidos óseos y de la piel, un trabajo que permitió avanzar en el diseño de materiales con propiedades biológicas específicas y que se tradujo en más de siete publicaciones científicas.
Entre los principales resultados destaca la obtención de materiales con propiedades antimicrobianas, desarrollados mediante la incorporación de nanopartículas provenientes de elementos naturales como cáscaras de huevo y conchas de almeja, que permitieron alcanzar hasta un 99,9% de efectividad contra la bacteria Escherichia coli, según explica la investigadora.
Además el estudio permitió explorar la regeneración de la piel, mediante el desarrollo de materiales que incorporaron compuestos naturales como la curcumina y la aloína, cuyas propiedades fueron evaluadas en experimentos con ratones, donde los investigadores observaron la recuperación progresiva del tejido cutáneo e incluso el crecimiento del pelo en las zonas tratadas.
“El proyecto fue cerrado con un gran éxito, con una gran productividad y una gran colaboración internacional”, destaca la Dra. Zapata, quien también reconoce el papel de las nuevas generaciones de investigadores en los resultados obtenidos. “Este proyecto es gracias a los estudiantes de doctorado y de pregrado que hacen parte de esto. Ellos son el motor principal de esta investigación”, agrega.
Los avances alcanzados durante los cuatro años de investigación abrieron paso a una nueva etapa para el equipo de la Dra. Zapata, que recientemente se adjudicó otro proyecto Fondecyt para incorporar la impresión 3D en la fabricación de andamios poliméricos, una tecnología que permitirá diseñar estructuras con mayor precisión y controlar características como su forma, tamaño y porosidad con miras a desarrollar materiales que puedan adaptarse a distintas necesidades de regeneración ósea.
“Nosotros podemos diseñar, como arquitectos poliméricos, el material que deseamos. Eso es lo que queremos alcanzar con la impresión 3D, que llegue un paciente y nos diga que necesita un material con determinadas características, dependiendo del hueso que se quiera regenerar, y que nosotros podamos diseñarlo para su utilización en la medicina. Sin embargo, necesitamos mayores recursos, equipamiento de punta y apoyo de la industria y del sector de la salud para que estos desarrollos no se queden solo en una investigación, sino que puedan llegar a las personas”, proyecta la Dra. Zapata.
Texto y fotografías: Camilo Araya Bernales
